Oamenii de știință de la Universitatea din Chicago au efectuat simulări cuantice pentru a simula comportamentul apei în condiții extreme găsite în mantia Pământului. Articolul cercetătorilor a fost publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences. Lucrarea științifică este rezumată într-un comunicat de presă pe EurekAlert !.
La temperaturi și presiuni ultra-înalte, apa începe să prezinte proprietăți anomale, fiind simultan în diferite faze. Poate fi lichid atunci când temperatura mediului este de 10 ori mai mare decât punctul de fierbere și, de asemenea, combină semnele unui lichid și ale unui solid.
Oamenii de știință au simulat condițiile folosind un supercomputer, crescând temperatura și presiunea mediului în care se află moleculele de apă, la valori care, respectiv, sunt de 40 de ori și de 100 de mii de ori mai mari decât condițiile normale. Este imposibil să efectuezi un astfel de experiment într-un laborator, deoarece apa începe să intre în reacții chimice cu materialul echipamentului. Pentru simplitate, cercetătorii au privit doar un număr mic de molecule de H2O, examinând stările lor cuantice în condiții extreme.
Cercetătorii au arătat că la o temperatură de 1000 Kelvin (726 grade Celsius) și o presiune de 11-20 gigapascali (GPa), apa se află într-o fază lichidă și se disociază rapid în ioni, care se recombină imediat. Acest procedeu se realizează folosind un mecanism bimolecular, când energia cinetică a două molecule este atât de mare încât se descompun la coliziune. Ionii rezultați de scurtă durată joacă rolul purtătorilor de încărcare, ceea ce explică de ce conductivitatea electrică a apei într-un mediu atât de extrem este cu 6-7 ordine de mărime mai mare decât în condiții normale. În acest caz, legăturile de hidrogen dintre molecule, care furnizează o stare lichidă, sunt păstrate cel puțin la presiuni de până la 20 de gigapascali.
